[发明专利]基于电化学模型参数辨识检测电芯全寿命内短路的方法

说明书

本发明涉及一种基于电化学模型参数辨识检测电芯全寿命内短路的方法，包括实时采集待检测电芯运行过程中的实时端电压与实时电流；将所述实时电流输入简化电化学模型中，得到仿真电压；构建所述仿真电压与实时端电流的误差函数，并利用辨识算法迭代优化简化电化学模型，得到更新的仿真电压；计算更新的仿真电压与实时端电压的误差函数值，直至达到预设迭代次数，停止迭代；获取误差函数值最小时，简化电化学模型中所对应的正极扩散系数、负极扩散系数、SEI内阻与电压偏移量，并分别与相对应的标准参数进行比较，获取各参数的变化幅度；根据各参数的变化幅度与相对应的预设范围区间，判断所述待检测电芯的当前时刻的老化程度与内短路程度。

技术领域

本发明涉及电池故障诊断技术领域，尤其是指一种基于电化学模型参数辨识检测电芯全寿命内短路的方法、装置、设备及应用。

背景技术

可再生能源的快速发展引发了锂离子电池(Lithium-Ion Battery，LIB)行业的繁荣，LIB的大规模运用凸显了维护电池安全的重要性，而热失控的主要原因是内部短路(Internal Short Circuit，ISC)。据调查，ISC导致56-90％的电池热失控。因此，为安全起见，建立ISC检测机制势在必行。ISC分为软ISC和硬ISC，早期检测ISC的必要性在于从软ISC到硬ISC往往需要很长的时间，因此及时检测ISC对于防范潜在的风险非常重要。

目前已经开发了许多方法来识别ISC，主要分为三个领域：端电压和表面温度监测；泄漏特征气体监测；电池内部状态监控。基于端电压和表面温度监测的检测措施是根据电池内部短路会破坏外部电压并提高电池整体温度的现象来检测的，但是该技术的缺点是很难检测出早期ISC。对于泄漏特征气体监测的措施，电池热失控过程中排出的气体成分非常复杂，因此很难确定特征气体以进行报警。基于电池内部状态监控的监测方案主要由三种内部参数组成：极化内阻，欧姆内阻和荷电状态。充电状态SOC为State of Charge，指电池中剩余电荷的可用状态。通过比较单个电池参数和平均参数来检测故障电池的方法特别受欢迎，因为其可将算法嵌入到电池管理系统(Battery Management System，BMS)中进行识别。

目前，针对电池内部短路的研究主要关注对新电池的研究，但由于电池老化本质上会引起参数变化，并且ISC的特性可能与老化电池相同，因此有必要研究其如何影响ISC各指标的有效性。首先，目前部分检测内短路的方法为通过记录各参数的变化情况是否达到阈值范围和出现时间，然后计算风险系数来判断内短路状况。但是内短路一般不是突然发生的，其从早期内短路到后期内短路会经过大量时间，现有的电池内短路检测方法只能根据阈值判断某一时刻是否发生内短路，不能对电池全寿命周期内的内短路程度进行检测。其次，部分方法通过测量电池充电过程中电压压降来判断电池的内短路情况。但是电池电压变化并不是线性的，中间有很长的平台时期，单单通过电压变化并不现实，且目前电池充电常以快充，即大电流为主，因此变化可能非常微小。还有部分研究通过电化学模型获取内阻来检测内短路，但是由于单体存在一致性问题，单一的内阻参数并不能准确有效的检测内短路。此外，目前用电化学模型辨识电池相关参数，进而评估电池内短路的方法非常少，也几乎没有老化电池的内短路研究。

综上，现有的电池内短路检测方法主要集中于对新电池的研究，且通过电化学模型辨识相关电池参数检测电池内短路的方法采用单一的内阻参数进行辨识，检测结果不准确。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中基于电化学模型检测电池内短路时参数单一、检测结果不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电化学模型参数辨识检测电芯全寿命内短路的方法，包括：

实时采集待检测电芯运行过程中的实时端电压与实时电流；

将所述实时电流输入简化电化学模型中，得到仿真电压；